CN107954013A - 包裹机器及相关联的气动系统 - Google Patents

Abstract

一种用于包裹盘装食品的包裹机器包括多个气动部件，所述多个气动部件可通过将加压空气输送到气动部件来致动。气动装置产生用于致动气动部件的加压空气。气动装置配置为减少加压空气中的湿气。

Description

包裹机器及相关联的气动系统

技术领域

本申请总体涉及用于包裹食品的包裹机器，更具体地，涉及适合在低温环境中操作的包裹机器和相关联的气动系统。

背景技术

诸如用于控制盘装制品(例如，盘装肉制品)包裹机器中的部件的气动系统要求系统中所有致动气缸和阀门有一致的响应时间，因此必须在整个系统中保持干燥空气。这种气动系统中的水会导致气缸和阀门中的润滑剂分解和生锈以在不能耐水的表面上累积。假设气缸或阀门仍然起作用，结果通常导致气缸或阀门从其原点移动到行程结束的较慢或较不一致的响应时间。这种情况可能会危及自动化系统为满足特定时间要求的任何严格的最后期限。

期望提供具有气动装置的自动包裹系统，其有助于在典型的90％+的相对湿度和40华氏度肉加工环境中操作，但是可以维持干燥空气致动系统以取得一致的致动响应时间。

发明内容

在一个方面中，一种用于包裹盘装食品的包裹机器包括多个气动部件，所述多个气动部件可通过将加压空气输送到气动部件来致动。气动装置产生用于致动气动部件的加压空气。气动装置配置为减少加压空气中的湿气。

在另一方面中，一种用于包裹盘装食品的包裹机器包括多个气动部件，所述多个气动部件可通过将加压空气输送到气动部件来致动。气动装置产生用于致动气动部件的加压空气。气动装置包括沿着从压缩机到气动部件的流动路径串联连接的第一接收罐和第二接收罐。

在另一方面中，一种用于包裹食品的包裹机器包括：包裹站，在包裹站处包裹食品；以及薄膜分配系统，用于在包裹站处在食品上方拉出薄膜。输送系统沿着至包裹站的路径移动食品。提供多个气动部件，每个气动部件可通过加压空气的输送而致动，并且气动装置产生用于致动气动部件的加压空气。气动装置包括压缩机、第一接收罐和第二接收罐。压缩罐包括空气入口和空气出口。第一接收罐包括流体地连接到压缩机的空气出口以接收加压空气的空气入口，第一接收罐的尺寸设定为使得加压空气中的水能够冷凝，第一接收罐包括用于排出冷凝水的排水出口，并且第一接收罐具有空气出口。第二接收罐的空气入口流体地连接到第一接收罐的空气出口以接收加压空气。第二接收罐的尺寸设定为使得进入第二接收罐的加压空气中的水能够冷凝，第二接收罐包括用于排出冷凝水的排水出口，并且第二接收罐具有流体地连接到将加压空气输送到气动部件的路径的空气出口。

在另一方面中，一种用于包裹食品的包裹机器包括：包裹站，在包裹站处包裹食品；以及薄膜分配系统，用于在包裹站处在食品上方拉出薄膜。输送系统沿着至包裹站的路径移动食品。提供多个气动部件，每个气动部件可通过加压空气的输送而致动，并且气动装置产生用于致动气动部件的加压空气。气动装置包括压缩机和接收罐。接收罐包括流体地连接到压缩机的空气出口以接收加压空气的空气入口，并且接收罐的尺寸设定成使得加压空气中的水能够冷凝，接收罐包括用于排出冷凝水的排水出口，并且接收罐具有空气出口。接收罐还具有流体地连接到用于将加压空气输送到气动部件的路径的空气出口。排水阀与排水出口(例如，沿着连接到排水出口的排放路径的下游)相联。控制器被配置为控制包裹机器的包裹操作，包括控制输送系统、气动部件和压缩机。控制器还被配置成在(i)包裹程序完成时和/或(ii)包裹程序启动时选择性地打开所述排水阀。

在又一方面中，一种包裹机器包括：包裹站，在包裹站处包裹食品；以及薄膜分配系统，用于在包裹站处在食品上方拉出薄膜。输送系统沿着至包裹站的路径移动食品。提供多个气动部件，每个气动部件可通过输送加压空气来致动。气动装置产生用于致动气动部件的加压空气。气动装置包括具有空气入口和空气出口的压缩机，出口流体地连接到用于将加压空气输送到气动部件的路径。加压空气棒连接到路径的出口，使得能够通过手动控制地加压空气棒来选择性地输出包裹机器上产生的加压空气。

一个或多个实施例的细节在附图和下面的描述中阐述。其他特征、目的和优点将从描述和附图以及权利要求书中变得显而易见。

附图说明

图1是包裹机器的正视立体图；

图2是包裹机器的侧视图；

图3是示出在包裹期间产品通过机器的移动的示意性侧视图；

图4是机器的包裹机器部件和气动装置的示意图；以及

图5和图6是包裹机器的后视立体图。

具体实施方式

参见图1-3，食品包裹机器10包括内框架和外壳体12。入口区域14提供一位置，在该位置将待包裹的产品(例如食品16，诸如盘装的肉)输入到机器以包裹在塑料薄膜中。入口区域14是输送系统18的一部分，输送系统18将包裹送入机器(图2和图3中从右到左)，然后向上送入包裹站20中，在包裹站20处包裹食品。这里，输送系统包括一个或多个水平输送机18A，水平输送机18A从机器的前部返送到升降机构18B。提供薄膜分配系统22，用于在包裹站20处在食品上方拉出薄膜(例如，在图3中从左向右移动的薄膜夹持器24的控制下，以便从一个或多个薄膜辊26拉出薄膜)。在提供多于一个薄膜辊(例如，具有不同薄膜宽度)的情况下，可致动的薄膜选择器28提供了为给定的包裹操作(例如取决于食品尺寸)选择所需薄膜的能力。提供可致动的薄膜刀30，以在适当的时间切割薄膜以使得包裹操作能够完成。包裹站可以包括用以夹持薄膜的侧边的侧夹具32A、32B，以及侧底部折叠机和后底部折叠机(未示出)。

称重机构34位于入口区域，用于在食品被放置到机器中时称重食物。一旦确定稳定的重量，食品16通过光幕成像系统38并经过高度传感器阵列40横向移动到机器中，所述高度传感器阵列40用于确定食品的尺寸和食品在输送机上的位置。水平输送系统18A的一部分可以根据需要平移(例如，进入或离开图3的纸面)，以确保食品在被传送到升降机构18B上时被适当地居中放置。在食品向上移动进入包裹站20并被包裹之后，经包裹的食品通过输送机42朝向机器的前部向回输送并且堆放到另一个水平输送机44上，水平输送机44在这里向左或向右移动(进入或离开图3的纸面)。输送机42包括相关联的密封带，其加热经包裹的食品的底部以密封薄膜，并且标签印刷机构46打印并向经包裹的食品施加价格标签。示出了用于控制机器操作的示例性控制器50。如本文所使用的，术语“控制器”旨在广泛地涵盖任何电路(例如，固态、专用集成电路(ASIC)、电子电路、组合逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA))、处理器(例如，共享的、专用的或成组的-包括执行代码的硬件或软件)、软件、固件和/或其他部件，或执行机器的控制功能或其任何部件的控制功能的上述的一些或全部的组合。

示出了各种马达M，并且主要用于输送机部件、夹持器部件和底部折叠机的移动。然而，还提供了多个气动部件用于控制部件，其中每个气动部件可通过输送加压空气来致动。

为此，图4示出了用于包裹机器的示例性气动装置60。所示的系统采用气动原理实现各种部件的致动并且利用一种设计，这种设计可以从压缩机和压缩机从其抽吸空气的环境中去除热量和湿气。该设计解决了在保持气动系统内的露点低于环境温度的问题(在这种情况下，环境通常是肉类加工环境，其温度可能低于50°F或更低，例如小于46°F)。

示例性的自动包裹系统包括：用于致动侧夹具32A、32B的一对气动气缸62A、62B，用于致动薄膜夹持器24(其具有一个中心夹和两个侧夹)的夹持操作的一组气动夹持器气缸64A、64B、64C，用于致动薄膜刀组件30以切割薄膜的气动气缸66，从两个薄膜辊中作出选择的一对薄膜选择气动气缸68A、68B以及用于致动标签施加器的气动气缸70。所有这些致动点应当不受加压空气系统中的任何实质数量的水的影响，以按所需速度(例如，每分钟30个包装件(PPM)及更多)包裹托盘中的产品所需的特定响应速率操作。下面描述的系统部件有助于在系统中建立压力，并在系统中保持低于环境温度的露点，即使在低温环境中也是如此。

系统的空气流在压缩机100处开始，箭头指示经过所有关键部件的流动。压缩机100包括空气入口和空气出口，并且当将空气从步入式冷却器环境移动到封闭的压力系统时产生高压(例如，至少120PSI，至少130PSI(例如，135PSI目标值))。为了降低总体噪声，压缩机100的尺寸可以仅需要在不超过50％的占空比(例如，最多40％占空比或至多35％占空比)的情况下操作，以提供足够的空气压力，即使包裹机器以25PPM或更高的PPM的额定高速下进行包裹也是如此。然而，即使在30％的占空比下，压缩所产生的负产物是会影响露点的热量并且应该被去除，并且为此可以提供风扇。压缩机100还在步入式冷却器环境中吸入高湿度空气，使得更难以对部件产生干燥的加压空气流。

部件之间的图示的流体连接可以由合适的管道(例如铜管和/或柔性管)形成。在压缩机和接收罐102之间的系统中的管道可以具有指定的长度和直径(例如，1/2″OD)，以提供135PSI系统的足够量的流量以及适当的表面积用于压缩空气在行进到接收罐102的空气入口时冷却。具有相关联的压力传感器的卸载阀104设置在压缩机100和接收罐102之间，以去除压缩机100和接收罐102之间的供应管线中的压力，从而允许压缩机无背压启动。接收罐102的出气口通往接收罐108的空气入口。接收罐102包括排水出口110，接收罐108包括排水出口112。排水出口110通往可控制的排水阀114。这里，排水出口112沿着路径116通往接收罐102中，以便最终通过排水出口110排出。然而，可替代地，排水出口112可以沿着单独的外部路径118通往排水阀114的输入侧。

接收罐108的空气出口通往通向自动排水阱120的空气入口的路径，自动排水阱120又具有通往另一自动排水阱122的空气入口的空气出口。压力调节器124位于两个自动排水阱之间，并将压力降低到部件操作所需的设定水平。自动排水阱122的出气口通往低压倾泄阀126，低压倾泄阀126又通往具有多个可控制阀的阀歧管128，多个可控制阀能够使得加压空气能够被控制和选择地输送到各种气动部件。

另一个阀歧管130根据期望的致动在任一侧选择性地将高压空气流连接到标签施加器气缸。真空泵132沿着路径134产生真空抽吸，该真空抽吸还通过阀歧管130供给，用于选择性地控制对标签施加杆136的真空施加以将标签保持在杆的末端。

值得注意的是，由于罐的表面被肉加工环境冷却，所以接收罐102和108被定位、尺寸设定和配置为使得热的、潮湿的高压空气(例如，至少100PSI)膨胀和冷却。在一个示例中，每个接收罐可以是具有约1加仑至约3加仑之间的容量的圆柱形配置。膨胀和冷却过程通过冷凝迫使湿气离开压缩空气，从而降低加压空气中的湿气水平。第一罐102的冷却表面区域在水通过罐入口时使其冷凝，冷凝水落到罐102的底部。在冷凝和冷却的这个第一阶段，空气随后在罐内进一步冷却。水可以收集在罐102的底部。在排水阀114的控制下，水选择性地被排出。可替代地，罐108中的水沿路径118排出。通过使用两个接收罐而不是一个接收罐，吹送通过冷凝水的可能性降低，并且总体罐表面积增加和/或被更有效地利用。可以在一个或两个接收罐上设置减压阀115以限制罐内的压力，并且也可以提供压力计117以供操作者视觉检查。

然后，高压空气进入第二接收罐108，用于随后加压空气的进一步冷却和加压空气中的剩余水份的进一步冷凝。罐108位于罐102上方，并且该冷凝水通过重力自由地排放到底部接收罐102中，以便随后在排水阀的控制下被去除。两个接收罐102和108的组合的冷却表面积、用于处理水冷凝和排出水的罐的容积以及高压力迫使水滴与加压空气分离。两个下游自动排水阱120和122提供系统中的空气的最终过滤，并且将剩余的冷凝水微粒排出封闭的空气系统外。阱120和122之间的压力降以及由此导致的空气膨胀使得调节器124下游侧的加压空气的露点较低。结果是来自排水阱122的加压空气流的露点低于机器的周围工作环境的温度(例如，低于50°F)，该加压空气是通过阀歧管128向下游部件提供的。因为加压空气的露点低于周围环境的相对较低温度，所以调节器124的下游侧的湿气冷凝显著地减少和/或基本上从系统中消失。控制器50被连接用于选择性地控制每个阀门。

排水阀114可以在预定的基础上打开以排出冷凝水。作为示例，在一个实施方式中，排水阀114可以短暂地打开(例如，少于一秒)，以允许每次包裹机器开始工作以启动包裹程序或操作时进行排水(例如，当按下起动按钮160(图2)，或作为响应于按下启动按钮160执行的机器初始化程序的一部分)。在另一个示例中，每当包裹程序或操作停止时(例如，当机器关闭时)，可以进行排水。也可以实现定期排水(例如，每X分钟)或基于操作时间(例如在压缩机操作的Y分钟之后)的排水。

压缩机100和接收罐容积可以统一地将尺寸设定为使得产生足够的空气压力以使所有气动部件根据需要适宜地操作以在至少25PPM的额定高速(例如至少30PPM)下执行连续的包裹操作，同时要求压缩机以不超过50％的占空比(例如，最多40％的占空比或最多35％的占空比)操作。这减少了压缩机的总体热量产生，并且还使机器的整体运行更安静。可以使用压力传感器来控制压缩机何时打开/关闭。

如图5和图6的后视图所示，压缩机100和真空泵132可以位于机器10的后隔间170中，其中后隔间包括能够使隔间通风的一个或多个百叶窗盖板172。如果需要减少热量，则可以设置风扇来使空气流过隔间。

压缩机100和/或真空泵132产生的热量副产品也可以用于通过沿着路径140、142(图4)的热捕获和流动来加热薄膜和密封带。由于步入式冷却膜的冷环境可能是冷的，并且在产品的包裹期间将比期望的拉伸更少。当薄膜温度保持在或高于60华氏度时，会发生理想的包裹。系统的密封带还需要大量的热量(高达300华氏度)，所述热量拟被施加到经包裹的产品托盘的底部以密封薄膜。压缩机100和真空泵132产生可以被捕获并输出(例如，作为加热空气流)到机器的薄膜和/或密封带区域的热量，以被动地加热这些区域。

值得注意的是，再次参考图4，压力调节器124在压力调节器124的上游提供较高压力区，并在压力调节器124的下游提供较低压力区。举例来说，较高压力区中的压力可以至少为120PSI(以上)，并且较低压力区域中的压力可以不超过75PSI(例如，不超过60PSI，例如50PSI目标值)。

如图所示，加压空气清洁/干燥棒150可以连接到较高压力区的高压出口152。高压出口152可以包括快速断开联接器，加压空气清洁/干燥棒的柔性进料管154为此目的连接到所述快速断开联接器。操作者可以选择性地使用棒150来清洁包裹机器和/或包裹机器周围的区域。可以沿着流动路径在高压出口152上设置可打开/可关闭的阀门106(例如手动杠杆阀或电气/电子可控阀)，以控制出口152处是否存在高压空气。操作者在希望使用棒150时打开阀门。

应当清楚地理解，上述描述仅作为说明和示例的目的，不旨在作为限制，并且其他改变和修改是可能的。

Claims (25)

1.一种用于包裹食品的包裹机器，包括：

包裹站，在所述包裹站处包裹食品；

薄膜分配系统，用于在所述包裹站处在食品上方拉出薄膜；

输送系统，用于沿着至所述包裹站的路径移动食品；

多个气动部件，每个气动部件能够通过加压空气的输送而致动；

气动装置，用于产生用于致动所述气动部件的加压空气，所述气动装置包括：

压缩机，包括空气入口和空气出口；

第一接收罐，具有流体地连接到所述压缩机的空气出口以接收加压空气的空气入口，所述第一接收罐的尺寸设定为使得加压空气中的水能够冷凝，所述第一接收罐包括用于排出冷凝水的排水出口，所述第一接收罐具有空气出口；

第二接收罐，具有流体地连接到所述第一接收罐的空气出口以接收加压空气的空气入口，所述第二接收罐的尺寸设定为使得进入所述第二接收罐的加压空气中的水能够冷凝，所述第二接收罐包括用于排出冷凝水的排水出口，所述第二接收罐具有流体地连接到用于将加压空气输送到所述气动部件的路径的空气出口。

2.根据权利要求1所述的机器，其中所述第二接收罐位于所述第一接收罐的上方。

3.根据权利要求2所述的机器，其中所述第二接收罐的排水出口连接到所述第二接收罐的排水入口，使得从所述第一接收罐排出的水通过所述第一接收罐。

4.根据权利要求1所述的机器，其中所述第一接收罐的排水出口与所述第一接收罐的空气出口间隔开，以限制湿气吹送至所述第二接收罐，并且所述第二接收罐的排水出口与所述第一接收罐的空气出口间隔开，以限制湿气吹送至所述路径。

5.根据权利要求1所述的机器，还包括：

沿所述路径的第一自动排水阱，所述第一自动排水阱具有空气入口，所述空气入口流体地连接到所述第二接收罐的空气出口，所述第一自动排水阱被配置为用于捕获加压空气中的水和颗粒，所述第一自动排水阱具有空气出口。

6.根据权利要求5所述的机器，还包括：

第二自动排水阱，具有空气入口，所述空气入口流体地连接到第一自动排水阱的空气出口，所述第二自动排水阱被配置为用于捕获加压空气中的水和颗粒，所述第二自动排水阱具有空气出口。

7.根据权利要求6所述的机器，其中所述第二自动排水阱的空气出口流体地连接到所述多个气动部件。

8.根据权利要求1所述的机器，其中一个或多个可控空气阀将所述第二接收罐的空气出口流体地连接到所述多个气动部件，以使得加压空气能够从所述第二接收罐选择性地输送到所述气动部件。

9.根据权利要求8所述的机器，其中所述第一接收罐的排水出口和所述第二接收罐的排水出口通往共同且可控的排水阀。

10.根据权利要求9所述的机器，其中控制器被连接用于对每个空气阀的选择性控制，对所述排水阀的选择性控制和所述压缩机的选择性操作。

11.根据前述权利要求8所述的机器，其中压力调节器位于所述第二接收罐的空气出口和所述可控空气阀之间，以在所述压力调节器的上游提供较高压力区，以及在所述压力调节器的下游提供较低压力区。

12.根据权利要求11所述的机器，其中所述较高压力区中的压力为至少120psi，并且所述较低压力区中的压力不超过75psi。

13.根据权利要求1所述的机器，其中第一传热装置被配置为将所述压缩机的废热传送到密封带薄膜密封区域和/或膜辊供应位置中的一者或两者。

14.根据权利要求13所述的机器，其中真空泵流体地连接以控制真空致动部件，其中第二传热装置被配置为将所述真空泵的废热传送到所述密封带薄膜密封区域和/或膜辊供应位置中的一者或两者。

15.根据权利要求1所述的机器，其中所述第一接收罐的排水出口和所述第二接收罐的排水出口通往共同的和可控的排水阀，控制器被连接用于选择性地控制所述排水阀和选择性操作所述压缩机，所述控制器被配置为选择性地打开所述排水阀。

16.根据权利要求1所述的机器，其中所述压缩机和所述第一接收罐和所述第二接收罐的总容积被统一地将尺寸设定为使得产生足够的空气压力从而使所有气动部件根据需要适宜地工作，从而以至少每分钟25个包装件的额定高速进行连续包裹操作，同时要求所述压缩机以不超过50％的占空比操作。

17.一种用于包裹食品的包裹机器，包括：

包裹站，在所述包裹站处包裹食品；

薄膜分配系统，用于在所述包裹站处在食品上方拉出薄膜；

输送系统，用于沿着至所述包裹站的路径移动食品；

多个气动部件，每个气动部件能够通过加压空气的输送而致动；

气动装置，用于产生用于致动所述气动部件的加压空气，所述气动装置包括：

压缩机，包括空气入口和空气出口；

至少一个接收罐，具有空气入口，所述空气入口流体地连接到所述压缩机的空气出口以接收加压空气，所述接收罐的尺寸设定为使得加压空气中的水能够冷凝，所述接收罐包括用于排出冷凝水的排水出口，所述接收罐具有空气出口，所述空气出口流体地连接到用于将加压空气输送到所述气动部件的路径；

排水阀，与所述排水出口相联；

控制器，被配置为控制所述包裹机器的包裹操作，包括控制所述输送系统、所述气动部件和所述压缩机，所述控制器被配置为在(i)包裹程序完成时和/或(ii)包裹程序启动时选择性地打开所述排水阀。

18.一种用于包裹食品的包裹机器，包括：

包裹站，在所述包裹站处包裹食品；

薄膜分配系统，用于在所述包裹站处在食品上方拉出薄膜；

输送系统，用于沿着至所述包裹站的路径移动食品；

多个气动部件，每个气动部件能够通过加压空气的输送而致动；

气动装置，用于产生用于致动所述气动部件的加压空气，所述气动装置包括：

压缩机，包括空气入口和空气出口，所述空气出口流体地连接到用于将加压空气输送到所述气动部件的路径；以及

加压空气棒，连接到所述路径的出口，使得通过手动控制所述加压空气棒选择性地输出所述包裹机器上产生的加压空气。

19.如权利要求18所述的包裹机器，其中所述加压空气棒包括使得所述加压空气棒能够移动的柔性软管。

20.根据权利要求18所述的包裹机器，其中压力调节器位于所述压缩机的空气出口与所述气动部件之间，以在所述压力调节器的上游提供较高压力区，以及在所述压力调节器的下游提供较低压力区，所述加压空气棒连接到所述较高压力区的高压出口。

21.根据权利要求20所述的机器，其中所述高压出口包括快速断开联接器，所述加压空气棒的进料管连接到所述快速断开联接器。

22.根据权利要求20所述的机器，其中所述较高压力区中的压力为至少100psi，并且所述较低压力区中的压力不超过60psi。

23.一种机器,包括权利要求1至16中的任意一个技术特征或者技术特征的任意组合。

24.一种机器,包括权利要求17中的任意一个技术特征或者技术特征的任意组合。

25.一种机器,包括权利要求18至22中的任意一个技术特征或者技术特征的任意组合。